DE1804204A1

DE1804204A1 - Temperature compensated gravimeter

Info

Publication number: DE1804204A1
Application number: DE19681804204
Authority: DE
Inventors: Eberhard Thebis
Original assignee: Continental Elektronidustrie AG
Current assignee: Continental Elektronidustrie AG
Priority date: 1968-10-16
Filing date: 1968-10-16
Publication date: 1970-05-14
Also published as: US3683697A; GB1286497A; FR2020784A1; DE1804204B2

Description

C O II T I N E II T Λ L ^- 1] L L KTROI II DUCT K I Ώ Λ K ϊ I E N G :ΐ S E L L 3 C II A F TCO II TIN E II T Λ L ^- 1] LL KTROI II DUCT KI Ώ Λ K ϊ IENG : ΐ SELL 3 C II AFT

Askania- './ e r k oAskania- './ e r k o

Berlin, den 11. Oktober 1960Berlin, October 11, 1960

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Temperaturkompensierte5 GravimeterTemperature compensated 5 gravimeters

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gravimeter mit einem unter dem Uinflu. der He .kraft in einem Gehäuse beweglich gelagerten Feder Hassesystem und einer mit diesem System verbundenen Vorrichtung zur Anzeige der auf dieses System einwirkenden Schwerkraft, bei dem Mittel zur Temperaturkompensation des temperatur abhängigen Ganges des Feder Nassesysteraß vorgesehen sind.The invention relates to a gravimeter with an under the Uinflu. the He .kraft movably mounted in a housing Spring hatred system and a device associated with this system to display the force of gravity acting on this system, with the means for temperature compensation of the temperature dependent gear of the spring Nassesysteraß are provided.

An Gravirnetern ist es zur Kompensation des temperaturveründerliehen elastischen Ganges der Graviiaeterfedern bekannt, zur Lagerung der Gravimetermasse mehrere Federn vorzusehen, deren Federraaterialien Elastizitätsmodulen aufweisen, deren temperaturabhängige Veränderungen einander in Summe kompensieren. Diese Systeme sind mechanisch außerordentlich schwer aufein ander abzustimmen, und die hierzu erforderliche Arbeitszeit ist betrachtlich.It is used on Gravirnetern to compensate for the temperature loss elastic Ganges of Graviiaeterfedern known to provide several springs for the storage of the gravimeter mass, whose Federraaterialien have moduli of elasticity, their temperature-dependent Changes compensate each other in total. These systems are extremely difficult to assemble mechanically to be agreed otherwise, and the working time required for this is considerable.

Es ist deshalb auch bekannt, die Anordnung an solchen Systemen, bei. denen eine Auslenkung des Federsysteme aus einer Null stellung mittels eines elektrischen Abgriffs, welcher die Stellung des Systems in bezug auf sein Gehäuse mi>.t und elektrisch abbildet, gemessen wird, derart zu treffen, daß eineIt is therefore also known that the arrangement on such systems at. which a deflection of the spring systems from a zero position by means of an electrical tap, which the Position of the system in relation to its housing with and electrical maps, is measured to meet such that a

PAT Seiffert (E 6?8)PAT Seiffert (E 6? 8)

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temperaturabhängige korrigierende Steuerung des Abgriffs erfolgt, die auf die Bewegung eines Abgriffesteils , welcher der eigentlichen Herbewegung des Federsystems überlagert ist, einwirkt und den thermischen EinfIu ' am Federsystem kompensiert. Auch diese Anordnungen leiden unter dem genannten Mangel, denn sie lassen sich nur durch mechanische Lagerung von Abgriffsteilen an Trägern aus Materialien unterschiedlichen theriaischen Ausdehnungskoeffizienten verwirklichen, deren geometrische Abmessungen für die Kompensation passend zu wählen sind.temperature-dependent corrective control of the tap takes place based on the movement of a tap part, which is the actual Movement of the spring system is superimposed, acts and compensates for the thermal influence on the spring system. These too Arrangements suffer from the mentioned deficiency, because they can only be connected by mechanical storage of tapping parts Carriers made of materials with different thermal expansion coefficients realize whose geometric dimensions are to be selected appropriately for the compensation.

Den genannten Anordnungen gemeinsam ist noch die nachteilige Eigenschaft, da" infolge der unterschiedlichen Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit der am Kompensationsvorgang beteiligten Materialien bzw. Massen eine dynamische Kompensation des temperaturganges des elastischen Federsystems nur schwer erzielbar ist, weshalb bei Inbetriebnahme z.B. eines Gravimeters der Gravimetertherraostat bereits Stunden vor der eigentlichen Messung in 3etrieb gesetzt werden rau..The above-mentioned arrangements also have the disadvantageous property in common, because "as a result of the different heat capacities and thermal conductivity of those involved in the compensation process Materials or masses, dynamic compensation of the temperature response of the elastic spring system is difficult to achieve is, which is why when starting up e.g. a gravimeter the Gravimeter thermostats are put into operation hours before the actual measurement.

Die Erfindung bezweckt eine in dieser Hinsicht verbesserte Aus-, führung von Gravimetern der eingangs genannten Art. Sie besteht an solchen Einrichtungen erfindungsgernä. darin, da., das Feder-Massesystera mit einem elektromagnetischen oder elektrostatischen Kraftgeber verbunden ist, dessen elektrisch erzeugte Kraft temperaturabhängig über eine elektrische, durch einen im Gehäuse angeordneten Temperaturfühler im Sinne der Temperaturkompensation am Federsystem betätigte Steuervorrichtung gesteuert ist.The invention aims at an improved design in this regard, management of gravimeters of the type mentioned. It consists to such facilities erfindungsgernä. in, there., the spring mass system is connected to an electromagnetic or electrostatic force transmitter, the electrically generated force of which is temperature-dependent Via an electrical temperature sensor arranged in the housing in the sense of temperature compensation is controlled on the spring system operated control device.

In dieser Anordnung ist der temperaturabhängige elastische Gang des Feder-Massesystems, welcher u.a. auf thermisch bedingte Änderungen der Geometrie und des Elastizitätsmoduls seiner Lagerfedern zurückzuführen ist, durch temperaturabhängig erfolgende Steuerung der durch den Kraftgeber vorzugsweise elektromagnetischIn this arrangement, the temperature-dependent elastic path of the spring-mass system is, among other things, thermally caused Changes to the geometry and modulus of elasticity of its bearing springs is due to the temperature-dependent control of the force transmitter preferably electromagnetically

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erzeugten, an dac Federsyctem angreifenden.Kraft kompensiert, wobei daß Übertragungsverhalten der zwischen dem Temperaturfühler und dem Elektromagneten angeordneten Steuervorrichtung unter Beachtung der Eigenschaften den Fehlers passend zur Kompensation ausgewählt ist.generated force acting on the spring system is compensated, whereby that the transmission behavior between the temperature sensor and the Electromagnet arranged control device in compliance with the Properties the error is selected to match the compensation.

ZweckmäJ.ig worden als Temperaturfühler elektrische Fentkörperwiderctände mit temperaturabhängige!!! elektrischen Widerstand und geringer Wärmekapazität benutzt. Hierzu eignen sich besondere aus Metallen, z.B. Kupfer, gefertigte Widerstände, deren Widerstands-Temperaturkoeffizient weitgehend konstant ict,Electrical filament resistors have been expediently used as temperature sensors with temperature dependent !!! electrical resistance and lower Heat capacity used. Resistors made of metals, e.g. copper, and their resistance-temperature coefficient are particularly suitable for this purpose largely constant ict,

Die anliegende Zeichnung erläutert die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles.The attached drawing explains the invention on the basis of one Embodiment.

Es bezeichnet 1 ein Gehäuse, welches an seiner inneren Oberfläche mit einer Vürineisolation ? versehen ist. In dieser Isolation sind Heizwicklungen k, ¹J und 6 angeordnet, die aus einem Thermostaten 7 elektrisch beheizbar uind. Der Thermostat 7 iat mit einem Terape raturfihler 3 versehen, der den Thermostaten steuert und die Heizleistung an den Heizwicklungen ^,5 und C derart dosiert, da im Innern des Gehäuses 1 eine annähernd konstante Temperatur herrscht.It denotes 1 a housing, which on its inner surface with a Vürineisolation ? is provided. In this insulation heating coils k, ¹ J and 6 are arranged, which uind can be electrically heated from a thermostat 7. The thermostat 7 is provided with a Terape raturfihler 3, which controls the thermostat and doses the heating power on the heating windings ^, 5 and C in such a way that the inside of the housing 1 is an approximately constant temperature.

Hit 10 ist eine r.n einer Schraubenfeder 11 aufgehängte Hasse bezeichnet, an die eine zweite Hilfsfeder 1Γ angreift. Die Feder 11 trägt den gri^: ten Teil der Hasse 10, die Feder 1? ist mittels einer Me„spindel 1?,' deren Stellung an einer Skala 1*¹» ablesbar ist, in me .barer Weise verstellbar und sie dient zur Einstellung der Nullstellung der llaene 10, Hit 10 is a Hasse suspended rn a helical spring 11, on which a second auxiliary spring 1Γ acts. The spring 11 bears the ^gri: th part of Hasse 10, the spring 1? can be adjusted in a measurable manner by means of a measuring spindle 1, the position of which can be ^{read on a scale 1 * 1} , and it is used to set the zero position of line 10,

Mit 15 ißt eine Beleuchtungsvorrichtung bezeichnet, die Über eine Optik 16 eine an der Masse 10 befestigte Blende 17 homogen ausleuchtet. Die Blendenöffnung ist mittels einer Optik 18 in eineWith 15 eats a lighting device referred to, the About a Optics 16 homogeneously illuminates a diaphragm 17 attached to the mass 10. The aperture is by means of an optic 18 in a

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Bildebene abgebildet, in der nebeneinanderliegend und durch einen kleinen Spalt voneinander getrennt zwei gleich ausgebildete Fotoelemente 19 und P.O angeordnet sind. In der Nullstellung der Hasse Image plane shown in which two identically designed photo elements 19 and PO are arranged next to one another and separated from one another by a small gap. In the zero position the hate

10 belichtet das Bild der Blende 17 beide Fotoelemente, die in einer elektrischen He.'.schaltung gegeneinander geschaltet sind, in gleicher Weise, so da., sich ihre Fo to spannungen kompensieren. Bei einer Verschiebung der Hasse 10 in Richtung der Längsachsen der Federn 11 und 1? verlagert sich das Bild der Blende 17 am Trenncpalt der Fotoelemente und beide Fotoelemente werden in unterschiedlicher Weise belichtet.10, the image of the aperture 17 exposes both photo elements that are shown in an electrical circuit are connected against each other, in the same way, so that their photo voltages compensate each other. If the hatch 10 is shifted in the direction of the longitudinal axes of the springs 11 and 1? shifts the image of the aperture 17 on The separation gap between the photo elements and the two photo elements are exposed in different ways.

Die resultierende Differenzspannung am Ausgang der Hei.schaltung steuert eine Verstarkervorrichtung Π, die die Leitung P.P mit einem entsprechenden Gleichstrom speist. In die Leitung PP sind ein Gleichstromme instrument ο und eine auf einen an der Masse 10 befestigten Spulenkörper P.k aufgebrachte Spulenwicklung PhA in Beihenschaltung eingeschaltet. Die Wicklung Pkk ist im Luftspalt eines Topfmagneten Γ5 angeordnet und bildet ^:rait diesem einen durch den Ausgangsstrom der Verstürkervorrichtung Γ1 steuerbaren Elektromagneten, der auf die Hasse 10 eine Kraft ausübt, die die !lasse stets in die Richtung ihrer Nullposition zur'ickstellt. Die Ausbildung der Versta'rkervorrichtung PA ist zweckmäßig derart getroffen, da". ^ der Strom auf der Leitung PP mit dem Zeitintegral der Ausgangsspannung der die Fotoelemente 19 und PO enthaltenden He." schaltung variabel ist.The resulting differential voltage at the output of the heating circuit controls an amplifier device Π, which feeds the line PP with a corresponding direct current. In the line PP resemble a Rummy are ο instrument and a coating applied to a mass 10 attached to the bobbin coil winding Pk PhA switched in Beihenschaltung. The winding Pkk is arranged in the air gap of a pot magnet Γ5 and ^forms: Rait this a controllable by the output current of the Verstürkervorrichtung Γ1 electromagnet which exerts on the Hasse 10 a force which always leave in the direction of its zero position zur'ickstellt!. The design of the amplifier device PA is expediently made in such a way that ". ^ The current on the line PP with the time integral of the output voltage of the He containing the photo elements 19 and PO". circuit is variable.

Der Spulenkörper Ph trägt weiterhin eine zweite Wicklung 2't-B, die ebenfalls im Luftspalt des Magneten ?5 angeordnet ist und die "ber die Leitung J>0 aus einer Steuervorrichtung 31 mit einem Gleichstrom gespeist ist. Die Steuervorrichtung 31 ist ihrerseits durch einen Temperaturfühler 3? derart gesteuert, da. der Strom der Leitung 30 bei wechselnder Temperatur in der Umgebung der FedernThe coil body Ph also carries a second winding 2'tB, which is also arranged in the air gap of the magnet? 5 and which is fed with a direct current from a control device 31 via the line J> 0 Controlled in such a way that the current of the line 30 with changing temperature in the vicinity of the springs

11 und 12 so verändert wird, da', "ber die Hagnetkraft an der11 and 12 is changed so that ', "via the magnetic force on the

Hasse 10 die infolge einer Llastiiitätsänderung oder infolge andererHate 10 those as a result of a change in elasticity or something else

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thermischer Einflüsse geänderte, von der Temperatur abhängige Kraft zu einer Verlagerung der Masse 10 nicht Anla.:· gibt, weil die Magnetkraft die Änderung kompensiert.thermal influences changed, depending on the temperature Force to shift the mass 10 does not exist because the magnetic force compensates for the change.

Hierzu weist die Steuervorrichtung, wie in Fig. 2 dargestellt, eine stabilisierte Spannungsquelle ^O auf, die eine Brückenochaltung 51 speiet. Diese Schaltung enthält zwei als Temperaturfühler dienende Kupferwiderstunde 3^A und 3^B und epeist mit ihrer Br'ickenspannung die Spulenwicklung 2kB. Zur Anpassung der Fehlerspannung der Brückenschaltung 51 an. den Gang des Systems 10, 11, 12 ist diese über einen NTC-Widerstand 5^ und einen einstellbaren Cpannungsteilerwiderstand 53 gespeist.For this purpose, the control device, as shown in FIG. 2, has a stabilized voltage source O, which feeds a bridge circuit 51. This circuit contains two copper resistors 3 ^ A and 3 ^ B serving as temperature sensors and feeds the coil winding 2kB with its bridge voltage. To adjust the error voltage of the bridge circuit 51. the system 10, 11, 12 is fed via an NTC resistor 5 ^ and an adjustable voltage divider resistor 53.

Der durch die Leitung ?? fließende, an dem Instrument 23 angezeigte Gleichstrom ist deshalb unabhängig von dem temperaturabhängigen Gang des Federsystems 10, 11, 12, wobei in die Steuercharakteristik der Vorrichtung 31 gleichzeitig ötwaige temperaturabhangiee Veränderungen der Steuerkraft des Elektromagneten 2h, 25 mit eingeeicht werden konaen. Diese Eineichung erfolgt bei konstanter Schwerkraft durch Variation der Innentemperatur dee Gehäuses 1 und Anpassung des Stromes durch die Leitung 30 durch Anpassung der Brückenwiderstände und Verstellung des Spannungsteilers 53 bzw. Ausuahl des Widerstandes 52 oder eineu parallel zur Brücke 51 geschalteten IITC-Uiderstandes 52A.The one through the line ? The flowing direct current displayed on the instrument 23 is therefore independent of the temperature-dependent action of the spring system 10, 11, 12, with any temperature-dependent changes in the control force of the electromagnet 2h, 25 being calibrated into the control characteristics of the device 31 at the same time. This calibration takes place at constant gravity by varying the internal temperature of the housing 1 and adapting the current through the line 30 by adapting the bridge resistances and adjusting the voltage divider 53 or selecting the resistor 52 or an IITC resistor 52A connected in parallel to the bridge 51.

Die Erfindung ist unabhängig davon, ob das Gravimeter nach dem Kompensationaverfahren oder aber nach dem Ausschlagverfahren arbeitet. Sie ist auch nicht auf die erläuterten Mittel zur Steuerung der kompensierenden Magnetkraft beschränkt. Auch kann zur Kompensation anstelle eines Elektromagneten ein elektrostatischer Kraftgeber (Kondensator) vorgesehen sein.The invention is independent of whether the gravimeter after Compensation method or works according to the deflection method. It is also not limited to the means outlined Control of the compensating magnetic force is limited. Instead of an electromagnet, an electrostatic one can also be used for compensation Force transmitter (capacitor) may be provided.

2 Patentansprüche 1 Seichnungsblatt2 claims 1 Seichnungsblatt

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Claims

1) Gravimeter with oineu under the influence of the He .'- force movably mounted in a housing spring-lIasDesystem, and a device connected to this system to display the Mc.force acting on this system, in which means for temperature compensation dec temperature-dependent speed of the Spring-mass system are provided, characterized da.'l the spring system (10, 11, 1?) Is connected to an electromagnetic or electrostatic force transmitter (2 ^, 25), the electrically generated force of which is temperature-dependent "via a through one in the housing (1) arranged temperature sensor (j> 2) in the sense of tempera door compensation on the spring system operated control device (31) is controlled.

Gravimeter after opening 1 with a magnetic force transmitter, characterized in that there is a coil (- "te) of a permanent magnet ülektromagneten (2'r,? 5) with the fault current one in the Housing (O arranged, containing metallic resistors (3ΓΑ, 32B) and a bridge circuit (51) fed with a constant voltage is fed and thereby, there. in series and / or parallel to the supply voltage source (^ 0) of the bridge circuit with the Temperature varying electrical resistance (52, 52 ') is switched.

C0HTINE1ITAL ELECTRICAL INDUSTRY SHARED COMPANY

Askania-

009820/033 7

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